秋学期高中生物必修一人教版 第五章 细胞的能量供应和利用+第2节 细胞的能量通货ATP.docx

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秋学期高中生物必修一人教版第五章细胞的能量供应和利用+第2节细胞的能量通货ATP

第2节　细胞的能量“通货”——ATP

学习目标

1．说出ATP的化学组成和特点。

（重点）

2．掌握ATP与ADP的相互转化，理解转化过程中物质及能量的变化。

（难点）

3．阐明ATP在能量代谢中的作用。

核心概念

ATP　高能磷酸键　吸能反应　放能反应

一、ATP的结构和特点

二、ATP与ADP的相互转化

1．反应式：

_______________________ATP

ADP＋Pi＋能量。

2．能量来源与去路：

3．特点：

（1）ATP与ADP相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡中。

（2）细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。

三、ATP的利用

1．实例：

2．ATP是细胞内流通的能量“通货”：

？

思考

1．ATP中去除两个磷酸基团后是构建哪种物质的基本单位？

提示：

RNA。

2．人们不论在运动时还是休息时，细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化，这种转化属于可逆反应吗？

提示：

不属于，所需酶及场所等不同。

3．细胞内的所有生命活动都需要ATP直接提供能量吗？

举例说明。

提示：

不是，如自由扩散等。

H

　判断题

1．ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸。

（　√　）

2．人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。

（　×　）

3．ATP能够及时转化成ADP，这有效地保证了细胞内能量的供应。

（　√　）

4．ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP。

（　√　）

5．ATP含有3个高能磷酸键，但是只有一个高能磷酸键会发生断裂。

（　×　）

6．ATP中的A不代表腺嘌呤，当再脱去两个磷酸后，形成的物质为RNA的基本单位之一。

（　√　）

7．酶的合成需要ATP供能，此ATP来自于光合作用和呼吸作用。

（　×　）

8．酶的催化反应都需要消耗ATP。

（　×　）

9．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。

（　√　）

10．活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。

（　×　）

知识点1　ATP的结构和生理功能

Z

1．ATP的组成

2．ATP的结构

3．ATP的生理功能

细胞代谢所需的能量绝大多数是由细胞内的ATP直接提供的。

ATP是细胞代谢所需能量的直接来源。

4．ATP的结构与功能的相互关系

（1）ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。

ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。

（2）ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质需转化为ATP才能为生命活动供能。

在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。

知识贴士

①DNA和RNA的组成中的A表示腺嘌呤这种碱基，而在ATP中A代表的是腺苷，即核糖与腺嘌呤的组合体。

②每个ATP分子中只含有2个高能磷酸键（～），其中只有远离腺苷的高能磷酸键易断裂或合成。

D

典例1　（2018·合肥高一检测）下列关于ATP的叙述，正确的是（　D　）

A．三磷酸腺苷可简写为A～P～P－P

B．ATP被称为高能磷酸化合物的原因是所有化学键都储存大量能量

C．ATP中的大量能量都储存在腺苷和磷酸基团中

D．ATP中的大量能量储存在高能磷酸键中

[解析]　三磷酸腺苷的结构简式为A－P～P～P：

ATP分子中的高能磷酸键储存着大量的能量。

〔变式训练1〕　下列关于ATP结构的叙述正确的是（　B　）

A．ATP中含有三个高能磷酸键

B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素

C．ATP、DNA、RNA中的“A”相同

D．ATP彻底水解后会得到两种小分子物质

[解析]　ATP含有两个高能磷酸键，A错误；ATP、DNA、RNA中的“A”分别表示腺苷、腺嘌呤、腺嘌呤，C错误；ATP彻底水解后会得到磷酸、核糖和腺嘌呤三种小分子物质，D错误。

知识点2　ATP与ADP间的相互转化

Z

1．ATP转化及利用图示

图示1：

图示2：

2．解读

（1）光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系，呼吸作用中释放的能量一部分储存在ATP中，另一部分以热能的形式散失。

（2）主动运输等吸能反应与ATP的分解相联系，所以ATP是直接供能物质。

（3）ATP在生物体内含量很少，又不断通过各种生命活动大量消耗，但ATP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡之中。

知识贴士

不要因为ATP是细胞中的直接能源物质就误认为细胞中的ATP含量很高，细胞内ATP的含量并不高，ATP可以与ADP迅速地相互转化，满足机体的能量需要。

D

典例2　（2018·合肥高一检测）

如图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图，有关叙述错误的是（　D　）

A．在一个活细胞中，时刻进行着过程①和②

B．过程①和②也可以发生在同一个细胞器内

C．过程①中需要的能量不是过程②释放的

D．维持人体体温的热能主要来自过程②中的能量

[解析]　ATP为直接能源物质，在一个活细胞中，时刻进行着ATP与ADP的转化过程；ATP的合成与水解也可以发生在同一个细胞器内，如叶绿体；过程①为ATP的合成过程，需要的能量来自呼吸作用或光合作用；维持人体体温的热能主要来自呼吸作用释放的能量。

方法点拨：

1.ATP与ADP相互转化不是可逆反应，因为能量不同，酶不同。

2．ATP与ADP相互转化是十分迅速的，保证了能量的持续供应。

〔变式训练2〕　下列有关“ATP

ADP＋Pi＋能量”的叙述，正确的是（　B　）

A．反应向左进行和向右进行时所需的酶是一样的

B．反应向右进行时释放能量，向左进行时储存能量

C．整个反应是一个动态平衡的过程

D．植物细胞和动物细胞中发生这种反应的生理过程都一样

[解析]　生物体进行的“ATP

ADP＋Pi＋能量”和“ADP＋Pi＋能量

ATP”是两个截然不同的生理过程，它们发生的场所、所需的酶是不同的，也正是因为两个过程是在不同的场所、不同酶的作用下完成的，所以就不存在动态平衡问题，故A、C两项错误。

植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP，也可以通过细胞呼吸产生ATP，而动物细胞不能进行光合作用，所以D项错误。

一、ATP和ADP的相互转化是不可逆的

1．ATP与ADP的相互转化

反应式

ATP→ADP＋Pi＋能量

能量＋Pi＋ADP→ATP

类型

水解反应

合成反应

条件

水解酶

合成酶

场所

活细胞内多种场所

细胞质基质、线粒体、叶绿体

能量转化

放能

储能

能量来源

高能磷酸键

呼吸作用、光合作用

能量去向

用于各项生命活动

储存于ATP中

综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。

2．ATP与ADP的转化式的含义

细胞内ATP与ADP的循环过程，并不表示化学上的可逆反应。

（1）从反应条件上看：

ATP的水解属于水解反应，催化该反应的酶属于水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。

由于酶具有专一性，因此，二者反应条件不同。

（2）从反应场所上看：

ATP合成的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。

因此，ATP的合成场所与分解场所不完全相同。

（3）从能量来源上看：

ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能；而合成ATP的能量主要来源于化学能和光能，即二者的能量来源不同。

提示：

判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和生成物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。

典例3　下列有关“a.ATP→ADP＋Pi＋能量”和“b.ADP＋Pi＋能量→ATP”的反应的叙述中，正确的是（　C　）

①a、b反应过程分别表示能量的释放和储存　②生物细胞内的b过程所需要的能量来自细胞呼吸　③a和b在活细胞中永无休止地循环进行，保证了生命活动的顺利进行　④a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行　⑤a、b反应过程从物质角度看是可逆的，但从能量角度看是不可逆的

A．①②③④　B．②③④⑤

C．①③④⑤　D．①②④⑤

[解析]　ATP的形成一般与放能反应联系在一起，ATP的分解一般与吸能反应联系在一起；生物细胞中b过程的能量来自细胞呼吸或光合作用；ATP和ADP的相互转化是循环进行的；a反应中的能量和b反应中的能量一般不同，所以a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行；a、b反应过程从物质的角度来看是可逆的，ATP和ADP以及Pi是可以反复利用的，但能量是不可以反复利用的，因为两个过程进行的场所、所需的酶等并不相同。

二、ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系

ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。

（1）ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。

（2）DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。

（3）RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。

（4）核苷酸中的A为腺嘌呤。

由此可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。

典例4　（2018·天津高三模拟）如图所示四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是（　D　）

A．①和②　B．①和③

C．③和④　D．⑤和⑥

[解析]　根据图分析可知“○”中所对应的含义分别为：

①一磷酸腺苷AMP（腺嘌呤核糖核苷酸），②腺嘌呤，③DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸，⑤腺苷，⑥腺苷。

1．ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，叫作三磷酸腺苷。

2．ATP分子的结构简式：

A－P～P～P，A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键。

3．ATP和ADP之间的相互转化：

ATP

ADP＋Pi＋能量。

上述反应中，物质可逆，能量不可逆，合成ATP和利用ATP往往不是在同一时间、同一场所进行的，且是在不同酶的催化下完成的，故上述反应不是可逆反应。

4．吸能反应伴随ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。

ATP